3D-Lage- und Positionserkennung – auch ohne geometrische Prototypen

Virtuelle Offline-Auslegung vor der Inbetriebnahme

Zur Philosophie von VMT als Systemanbieter gehört es, nicht alleine Hard- und Software zu liefern, sondern die Lösung durchgängig mit dem Kunden oder Anwender gemeinsam umzusetzen. Dies zeigt sich bei VMT 3D darin, dass die 3D-Lageerkennung lange vor der Verfügbarkeit eines ersten Prototypen eingerichtet werden kann – also die spezifischen Rahmenbedingungen dieses Kundensegmentes berücksichtigt. Sowohl bei der Anlagenplanung als auch beim Neubau einer Roboterzelle oder beim Retrofit kann so die Zeit für das Warten auf die reale Karosse sinnvoll genutzt werden – zumal, wenn wie üblich die CAD-Daten der Roboterzelle und der Fahrzeugkarosse(n) bereits vorliegen und genutzt werden können. Als besonderes Zusatzmerkmal bietet VMT 3D die Option, aus den Daten voraussichtliche Kamerabilder zu erzeugen und zu rendern, um die Merkmalserkennung vorab in der Software umzusetzen – und sie später anhand realer Bilder, wenn überhaupt, nur noch marginal anzupassen. So ist es lange vor der Verfügbarkeit eines Prototyps oder eines ersten Produktionsmodells möglich, anhand der virtuell verfügbaren Fahrzeuggeometrie, des Zellenlayouts und der Arbeitsumgebung die optimalen Positionen und Ausrichtungen der Kameras zu bestimmen oder die am besten erkennbaren, geometrischen Antastmerkmale zu identifizieren und einzulernen. Der Sichtbereich der 3D-Lageerkennung muss also nicht mehr iterativ vor Ort anhand möglicherweise auch unterschiedlicher Karossentypen ermittelt werden. Dadurch kann viel Zeit bei der Inbetriebnahme gespart werden – und auch später, wenn beispielsweise zusätzliche Karossenderivate oder neue Fahrzeugtypen hinzugefügt werden. Hier lässt sich schnell validieren, ob die vorhandenen Kamerasichtbereiche ausreichen oder das System, um eine weitere Kamera zu ergänzen ist.

3D-Lageerkennung per Kamera verkürzt Taktzeit

In Betrieb genommen, überzeugt das Lageerkennungssystem zunächst durch hohe Genauigkeit, Geschwindigkeit und Verfügbarkeit. Sobald eine Karosse ihre Stopp-Position in der Roboterzelle erreicht hat, nimmt jede der installierten Kameras des VMT 3D ein Bild auf, mit dem es die eingelernten Merkmale erfasst. Aus deren jeweiliger Position bestimmt die Software des Bildverarbeitungssystems auf wenige Zehntel Millimeter genau die tatsächliche Ist-Position der Karosse und berechnet den Bahnvektor, um den die programmierte Roboterbewegung korrigiert wird. Die ganze 3D-Positionsmessung benötigt gerade einmal 200 Millisekunden – ein Bruchteil der Taktzeit, der bei der mechanischen Zentrierung verloren geht.

Position und Prozess im Blick

Mögliche Fehlerszenarien bei der Lageerkennung, beispielsweise hervorgerufen durch deformierte, beschädigte, verschmutze oder verdeckte Antastgeometrien, berücksichtigt VMT 3D dadurch, dass mehr optische Merkmale als erforderlich gespeichert und redundant genutzt werden können. Auch mögliche Dejustagen der Kameras werden zuverlässig erkannt. Dies gewährleistet eine kontinuierlich hohe Verfügbarkeit der Positionsmessung und Roboternachführung. Während des Produktivbetriebes führt das Bildverarbeitungssystem zudem detaillierte Prozess- und Trendanalysen durch. Hierzu werden beispielsweise Rohbilder von Fahrzeugen untereinander oder auch mit den gerenderten Vorlagen verglichen, die Veränderung der Lage von Merkmalskoordinaten ausgewertet und die Erkennungsgüte statisch und dynamisch erfasst. Ebenso wird ein Qualitätswert errechnet, der eine Aussage darüber erlaubt, wie gut die Lage der erkannten Merkmale mit denen des hinterlegten Referenzfahrzeugs übereinstimmt. Diese Kenngröße dient als Frühwarn-Indikator beispielsweise für Verformungen an der Karosse oder für das Auftreten unerwünschter Produktionstoleranzen. Schließlich protokolliert VMT 3D alle Daten, die für die Dokumentation, Nachverfolgbarkeit und Statistik relevant sind.

AUTOR
Matthias Fiedler, Produktmanager bei VMT Vision Machine Technic Bildverarbeitungssysteme